Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геолого-геофизические исследования в Азово-Черноморском регионе 11
1.1. Эволюция взглядов на происхождение, геологическое развитие и время заложения Черноморской впадины 11
1.2. Основные структуры Черноморского региона - геологическое строение и история развития 19
1.2.1. Тектонические структуры обрамления Черного моря 19
1.2.2. Черноморская впадина 33
1.3. Нефтегазоносность Азово-Черноморского региона 41
1.4. Геофизические исследования Черного моря 45
1.4.1. Гравимагнитные исследования 45
1.4.2. Исследования теплового потока 51
1.4.3. Сейсмические исследования 52
1.5. Аппаратура, методика сейсмических работ ГСЗ и методика
интерпретации при исследованиях на Черном море в 50 - 60-х годах 59
1.5.1. Аппаратура 59
1.5.2. Методика сейсмических работ 60
1.5.3. Методика прежней интерпретации 61
Глава 2. Метод однородных функций и программный пакет «Годограф» для интерпретации систем годографов преломленных волн 63
2.1. Метод однородных функций решения обратной кинематической задачи сейсморазведки 65
2.2. Описание программного пакета «Годограф» 68
2.3. Решение модельных задач и сопоставление с данными акустического каротажа 73
2.3.1. Модель с волноводом 73
2.3.2. Модель, где скоростная функция не является однородной 73
2.3.3. Сопоставление данных акустического каротажа скважин и скоростного разреза, построенного методом однородных функций 75
2.4. Методика интерпретации сейсмических разрезов, полученных с использованием пакета «Годограф» 79
Выводы к главам 1и2 81
Глава 3. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Западной части Черного моря 82
3.1. Описание сейсмогеологических разрезов 82
3.2. Выводы 96
Глава 4. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Центральной части Черного моря 97
4.1. Описание сейсмогеологических разрезов 97
4.2. Выводы 109
Глава 5. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Азовского моря и северо-западной части Восточно-Черноморской впадины 110
5.1. Описание сейсмогеологических разрезов 110
5.2. Выводы 120
Глава 6. Глубинные скоростные карты и структурные схемы поверхностей по Черноморскому региону 121
6.1. Глубинные скоростные карты-срезы 121
6.2. Характеристика слоев земной коры, выделенных при геологической интерпретаци и сейсмических разрезов и глубинных карт-срезов 126
6.3. Выводы 132
Глава 7. Достоверность построения сейсмических разрезов 133
7.1. Решение прямой задачи 133
7.2. Сопоставление кривых изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей 139
7.3. Использование сейсмо-плотностных моделей для подтверждения скоростных разрезов, полученных методом однородных функций 141
7.4. Сопоставление результатов прежней и новой интерпретации сейсмических данных 146
7.5. Выводы 148
Заключение 149
Выводы 150
Список литературы
- Основные структуры Черноморского региона - геологическое строение и история развития
- Решение модельных задач и сопоставление с данными акустического каротажа
- Сопоставление данных акустического каротажа скважин и скоростного разреза, построенного методом однородных функций
- Сопоставление кривых изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей
Введение к работе
В последнее время в связи с появлением новых компьютерных технологий и методик обработки и интерпретации сейсмических данных появилась возможность извлекать значительную дополнительную информацию из данных сейсморазведки прошлых лет.
Содержанием работы является интерпретация разрезов по профилям Глубинного Сейсмического Зондирования (ГСЗ), полученных Институтом океанологии им. П.П. Ширшова при исследованиях за период с 1956 по 1965 годах в Черном море. Итогом этих исследований стала сеть профилей ГСЗ, пересекающих Черноморскую впадину в ее западной, центральной и восточной частях. Автор получил сейсмические разрезы по 17 профилям ГСЗ общей длиной более 3700 км. В качестве исходных материалов для получения сейсмических разрезов были использованы наблюденные годографы преломленных волн, опубликованные в открытых литературных источниках (Гончаров В.П. и др., 1972; Строение западной..., 1972; Земная..., 1975).
Исследования направлены на выяснение глубинного строения впадины Черного моря и характера сочленения коры Черного моря с его континентальным обрамлением на севере.
Актуальность проблемы
Черное море является одним из самых изученных внутренних морей Земли. На протяжении более ста лет на акватории Черного моря и обрамляющей ее суше проводились обширные геологические и геофизические исследования. Тем не менее, до сих пор у геологов нет единой точки зрения на происхождение, время заложения и эволюцию Черноморской котловины, ее глубинное строение и характер сочленения с корой ее континентального обрамления;
Актуальность исследования Черноморского региона, как самостоятельной области Альпийского тектонического пояса, кроме основной фундаментальной проблемы его формирования и динамики, определяется и практическими задачами, связанные с перспективами обнаружения месторождений нефти и газа;
Актуальным является возможность получения дополнительной информации о строении Азово-Черноморского региона на основе переинтерпретации на современном уровне материалов сейсморазведки без значительных материальных затрат (в том числе без проведения дополнительных полевых исследований).
Цель работы - построение трехмерной цифровой модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона на основе современной интерпретации данных сейсморазведки. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Сбор, анализ и цифровое представление сейсмических данных;
Изучение геологического строения региона по литературным данным;
Построение новых сейсмических разрезов по профилям в Азово-Черноморском регионе и их геологическая интерпретация;
Построение скоростных карт-срезов, их интерпретация и геологическое обобщение;
Сопоставление с данными других геофизических методов;
Исследование достоверности построенных сейсмических разрезов и карт-срезов;
Геологические выводы и обобщения.
Защищаемые положения
Построенные сейсмические и сейсмогеологические разрезы по профилям в Черном море и скоростные глубинные карты-срезы в совокупности представляют трехмерную глубинную цифровую сейсмогеологическую модель (т.е. модель, имеющую количественные характеристики) строения Земной коры и подкоровой мантии Черного моря;
В районе вала Андрусова существует рифтовая (палеорифтовая, палеоспрединговая) структура. Кровля мантии поднимается по оси вала Андрусова до глубин 15 -20 км. В верхах мантии Черного моря существуют аномалии пониженной скорости, которые подтверждают существование мантийных диапиров;
Сочленение субокеанической коры Западно-Черноморской впадины с континентальной корой Скифской плиты имеет черты характерные для зоны субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);
Кора и верхняя мантия Восточно-Черноморской впадины погружена под континентальную кору Кавказа в районе северного и восточного берегов Черного моря;
На юго-востоке Крыма и в северной части Азовского моря выделяются структуры, характерные для пассивных окраин континентов;
6. Метод однородных функций может быть использован для переинтерпретации таких относительно малодетальных материалов ГСЗ прошлых лет, какие были получены в Черном море в 50 - 60 - х годах. Научная новизна
Впервые в цифровом виде (в виде сеточной модели) в рамках двумерно-неоднородного представления среды получена трехмерная сейсмогеологическая модель глубинного строения Черного моря;
Впервые получены сейсмические разрезы, на которых отображены структуры, подтверждающие существование поддвига (возможно субдукции, палеосубдукции или псевдосубдукции) субокеанической коры и верхней мантии Западно-Черноморской впадины под континентальную кору Скифской плиты;
Впервые на полученных сейсмических разрезах выявлено погружение коры и верхней мантии Восточно-Черноморской впадины под кору Кавказа;
Впервые на полученных сейсмических разрезах на юго-восточном окончании Крыма и в северной части Азовского моря идентифицированы структуры, характерные для пассивных окраин континентов;
Впервые на сейсмических разрезах в Черном море получены структуры характеризующие строение подкоровой мантии до глубин 40 - 50 км, и выделены области аномально низких мантийных скоростей.
Личный вклад и практическая ценность работы
Все исследования и построения, а также геологическая интерпретация и геологические обобщения выполнены автором лично.
Практическая ценность работы заключается в получении новой информации о глубинном строении Азово-Черноморского региона без привлечения дополнительных полевых региональных исследований. Кроме того, возможно использование полученных разрезов и карт при обосновании нефтегазоносности регионов Черного моря. Также материалы данного исследования могут иметь ценность при создании моделей геологической и тектонической эволюции Крымско-Кавказского региона.
Фактический материал
В работе были использованы опубликованные в открытых источниках годографы первых вступлений по профилям ГСЗ. В качестве дополнительных
материалов использовались карты рельефа дна Черного моря, магнитного и гравитационного полей, любезно предоставленные лабораторией гравиразведки геологического факультета МГУ в лице В.Р. Мелихова и И.В. Лыгина.
Благодарности
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, ведущему научному сотруднику В.Б. Пийп за постоянное внимание и помощь при выполнении работы.
Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики МГУ: профессору М.Л. Владову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Старовойтову и Е.А. Ефимовой, кандидату физико-математических наук П.Ю. Степанову; сотрудникам лаборатории гравиразведки кафедры геофизических методов исследования земной коры МГУ профессору В.Р. Мелихову и кандидату геолого-минералогических наук И.В. Лыгину; сотруднику кафедры динамической геологии МГУ профессору А.Ф. Лимонову за консультации, ценные замечания и поддержку при выполнении работы.
Особую благодарность автор выражает своему брату Ермакову Павлу Петровичу, без постоянной поддержки которого выход этой работы был бы невозможен.
Основные структуры Черноморского региона - геологическое строение и история развития
Черноморский регион с севера и северо-востока ограничивается Восточно-Европейской платформой, Скифской плитой и складчатыми сооружениями Крыма и Кавказа. Горные сооружения Понта окаймляют Черное море с юга, а на западе на акваторию Черного моря протягиваются складчатые сооружения Добруджи и Балканид, разделенные Мизийской плитой с эпибайкальским фундаментом, а также Странджа и Родопский массивы. Мегантиклинорий Большого Кавказа и Аджаро-Триалетская зона Малого Кавказа обрамляют Черное море с востока и юго-востока соответственно (рис. 3.).
Скифская плита
Фундамент Скифской плиты почти полностью скрыт под покровом мезозойско-кайнозойского осадочного чехла. Главную роль в его составе играет темносланцевый комплекс, испытавший начальный метаморфизм, интенсивные деформации и прорванный интрузиями позднепалеозойских гранитоидов. Возраст комплекса относится к верхнему девону - нижнему карбону.
На севере, по данным геофизических исследований и бурения, под этот комплекс погружается раннедокембрийский фундамент Украинского щита. На юге из под него выступает зеленосланцевый комплекс позднерифейского возраста.
Условные обозначения к рис. 3: 1, 2 - древняя Восточно-Европейская платформа: 1, а - в пределах суши; 1, б - на шельфе; 2 - палеозойский Днепрвско-Прутский перикратонный прогиб; 3, 4 - молодые платформы: 3, а - выступы фундамента; 3, б - то же на шельфе; 4, а - Скифская и Мизийская плиты; 4, б - то же на шельфе; 5-7 - Альпийская складчатая область: 5, а - выступы палеозойского и более древнего основания; 5, б - то же на шельфе; 6, а - мезозойские и палеогеновые комплексы; 6, б - то же на шельфе; 7 - Закавказский срединный массив (Грузинская глыба): 7, а - в пределах суши; 7, б - то же на шельфе; 8 - краевые и платформенные кайнозойские прогибы; 9 - черноморский глубоководный бассейн; 10 - 12 - границы впадин: 10 - Молдавской, 11 - Нижнеднестровской, 12 - Каркинитской; 13 -главные разрывные нарушения; 14 - контуры поднятий.
Цифры в кружках: 1 - Килийско-Змеиный выступ; 2 - Новоселовское поднятие; 3 - Альминская впадина; 4 - Симферопольское поднятие; 5 - Западно-Крымский синклинорий; 6 - Качинский антиклинорий; 7 - Южнобережный антиклинорий; 8 -Восточно-Крымский синклинорий; 9 - Туакский антиклинорий; 10 - Судакский синклинорий; 11 - Керченско-Таманский прогиб; 12 - Индоло-Кубанский и Восточно-Кубанский прогибы; 13 - Ащу-Кацирха; 16 - Гагра-Джавская зона; 17 -Сванетский антиклинорий; 18 - Аджаро-Триалетская складчатая система; 19 -складчатая система Восточного Понта; 20 - складчатая система Западного Понта; 21 - массивы Истранджа и Босфорский; 22 - Фракийская впадина; 23 - Восточно-Среднегорская зона; 24 - зона Стара Планины; 25 - Нижнекамчийский прогиб; 26 -Варненская впадина; 27 - Северо-Болгарский свод; 28 - Добруджская ступень; 29 -поднятие Добруджи; 30 - Предкарпатский прогиб.
В середине визейского века раннего карбона здесь проявились деформации, создавшие складчатую структуру и приведшие к метаморфизму среднепалеозойского комплекса. Они превратили будущую Скифскую плиту в ороген. В перми он начал погружаться и в его пределах, местами, возникли прогибы, заполнявшиеся красноцветной грубой континентальной молассой.
В триасе на площади Скифской плиты проявилась трансгрессия с накоплением комплекса мелководно-морских и лагунных карбонатно-терригенных осадков. Одновременно на ряде участков она подверглась рифтингу с образованием параллельных субширотных прогибов. Это развитие завершилось в конце триаса -начале юры эпохой деформаций, проявившейся в две фазы. Деформации сопровождались инверсией рифтовых прогибов с образованием над ними в более молодом чехле линейных поднятий-валов (например, Каркинитский вал в Крыму).
В связи с субдукцией коры Мезотетиса в самом конце триаса в пределах Скифской плиты возник вулканический пояс андского типа. С юры на Скифской плите началось накопление плитного чехла. В основании чехла залегает паралическая, а выше мелководно-морская терригенная формация нижней-средней юры. В поздней юре северная часть плиты испытала осушение. Отложения нижнего мела в низах карбонатные, в остальной части - терригенные, песчано-глинистые, включая сеноман. В позднем мелу трансгрессия достигает максимума, и карбонатные отложения верхнего мела - нижнего палеогена, по существу, образуют покров, общий с Русской плитой.
В олигоцене на юге плиты началось формирование передовых прогибов -Индоло-Кубанского, Восточно-Кубанского и Терско-Каспийского, в дальнейшем заполнявшихся мощными молассами.
Наиболее крупной из положительных структур Скифской плиты является Ставропольский свод, лишь в альбе затопленный морем, а после сармата вновь испытавший поднятие (Хаин В.Е., 2001).
В пределах северо-западной части Черноморского шельфа по данным геофизики выделяется Каркинитский грабен с мощностью осадков до 10 км, достигая своего максимального значения на поднятии Голицина. Основной этап развития грабена относят к концу раннего мела. Главная фаза растяжения имела место в среднем - позднем альбе, которая, судя по данным сейсморазведки, сопровождалась мощным вулканизмом. В раннем сеномане, после завершения развития Каркинитского грабена, его территория была вовлечена в пострифтовое погружение (Геология..., 1969; Земная кора..., 1975; Чаицкий В.П., 1984; Nikishin A.M. et al., 2000). К югу от Каркинитского грабена расположен, недавно обнаруженный по сейсмическим данным, грабен «Штормовая» (Robinson A.G. et al., 1997). Альминская впадина расположена в юго-западном Крыму и продолжается на акваторию Каламитского залива. Ее наиболее интенсивная фаза погружения приходится на ранний мел (Nikishin A.M. et al., 2000). В пределах Килийского поднятия на глубинах 1-1,5 км под осадочным чехлом Скифской плиты по данным бурения залегают сильнодислоцированные породы триасового возраста. Палеозойские породы бурением не вскрыты. Обнажения палеозоя встречаются на о. Змеиный.
Решение модельных задач и сопоставление с данными акустического каротажа
Ниже рассмотрен пример использования метода однородных функций для для обращения модели, являющейся одномерной моделью с волноводом (V.G. Krishna et al., 1999).
В качестве начальных данных были использованы несколько идентичных годографов первых вступлений с шагом между приемниками 1 км и 2.5 км между источниками. Для такой системы наблюдений существует 136 пар годографов с интервалом между источниками от 2.5 до 40 км (рис. 20 а)). Для пар годографов, взрывной интервал (интервал между источниками) которых меньше, чем расстояние до зоны тени на годографах первых вступлений (кажущаяся скорость не уменьшается), лучи будут находиться над волноводом. Таким образом, скорость в слое над волноводом будет определяться теми парами годографов, взрывной интервал которых меньше, чем интервал 0-А (рис. 20 а)). Скорость в волноводе и в слое ниже волновода рассчитывается по парам годографов, взрывной интервал которых больше, чем интервал 0-А. При обращении годографов они автоматически заменяются выпуклой ломаной линией, точками излома которой являются наблюденные точки годографа. Для пар годографов, взрывной интервал которых больше интервала 0-А, замещение годографов происходит путем добавления прямолинейного отрезка L (рис. 20 а)).
Итоговый скоростной разрез представлен на рис. 20 б). На рисунке волновод хорошо выражается в скоростном поле. Глубина кровли волновода и скорость в вышележащем слое вычислены с приемлемой точностью. На рис. 20 г) представлены скоростные функции: заданная скоростная функция (сплошная черная линия) и вычисленная функция (красные квадратики). В пределах волновода значение вычисленной скоростной функции оказывается на 35% выше заданной скорости, в то время как в слое ниже волновода на 11% ниже заданной модельной скорости. Такое различие в скорости всегда присутствует при дискретном представлении годографов первых вступлений (рис. 20 в)) (Piip V.B. et al., 2004).
Обращение годографов первых вступлений на основе аппроксимации скоростного распределения однородными функциями может быть проведено для любой функции скорости, в том числе, если скоростная функция не является однородной. На рис. 21 изображена система годографов, рассчитанная для скоростного закона v=0.25(y2 - х2)-0.86ху+27.39у+7.34х (2).
Функция (2) не является однородной. Она была восстановлена с использованием локальной аппроксимации однородными функциями. Погрешность задания исходных годографов составила около 2%. Максимальные отклонения восстановленного разреза составляют 10% в краевых частях разреза (Пийп В.Б., 1984).
Одним из способов проверки достоверности любых геофизических разрезов является использование данных акустического каротажа. В связи с этим для построения скоростного разреза методом однородных функций были использованы годографы первых вступлений преломленных волн вдоль профиля, расположенного между скважинами 176 и 183 в Самарской области, отстоящие на расстоянии 1.3 км друг от друга (Карус Е.В. и др., 1966). В скважинах был проведен ультразвуковой каротаж (УЗК), графики которого показали, что среда является тонкослоистой со скоростью, меняющейся в существенных пределах. Мощности выделенных пластов колеблются от 0.5 до 7 метров. Скорости по разрезу скважин меняются на 500-2000 м/с.
Результаты УЗК были сопоставлены с сейсмическим разрезом, полученного при использовании метода однородных функций.
Между наблюденными годографами были добавлены интерполированные годографы с шагом 115 м. На рис. 22 а) точками показаны наблюденные годографы, тонкими сплошными линями - интерполированные годографы. На основе интерполированной системы годографов методом однородных функций был вычислен скоростной разрез (рис. 22 б)). Здесь тонкими сплошными линиями показаны изолинии скорости с шагом 0.05 км/с, пунктирными линями показаны сейсмические границы. Далее было проведено сопоставление скоростного разреза с данными УЗК и разрезами скважин (рис. 22 в) и г)).
Сопоставление данных акустического каротажа скважин и скоростного разреза, построенного методом однородных функций
Разрезы, вычисленные методом однородных функций, представляют собой разрезы в изолиниях скорости, где скорость задана в узлах прямоугольной сетки -грид-модели. На сегодняшний день существуют много программных пакетов (например, SURFER, компания Golden Software, Inc.), где возможно представить грид - поля в виде поверхностей или разрезов с освещенным рельефом. Такие разрезы оказываются очень удобными для автоматического выделения на разрезах границ раздела. На рис. 23 представлен разрез как рельеф с освещением сверху. При таком освещении вьщеляются границы 1-го рода, 2-го рода, инверсионные границы раздела и тектонические нарушения. Границы 1-го рода - границы, где сверху вниз происходит скачок скорости. При этом границы, где скорость увеличивается, вьщеляются на разрезе с оттененным рельефом в виде светлых линий; границы, где скорость скачком уменьшается, (инверсионные границы) вьщеляются темными линиями. Границы 2-го рода - границы, где происходит изменение градиента скорости. Увеличение градиента скорости выражается на разрезах с оттененным рельефом в виде светлых областей, а уменьшение градиента соответственно в виде темных областей. Как правило, границы раздела проходят согласно с изолиниями скорости. Разломы же секут их и представляются на разрезах с оттененным рельефом в виде светлых или темных линий в зависимости от наклона. Здесь следует отметить, что для более удобной визуализации сейсмические разрезы часто представляются с искаженным масштабом, при этом углы падения разломов оказываются визуально завышенными.
Разрезы с освещенным рельефом обычно совмещаются с изолиниями скорости, с целью проследить, как скорость изменяется вдоль границ раздела. Дополнительно к разрезам с освещенным рельефом скоростные разрезы представляются в цветном виде (рис. 23). Дальнейшая интерпретация сейсмических разрезов происходит путем отождествления границ 1-го и 2-го рода с геологическими границами при привлечении геологической и геофизической информации из других методов.
Южная часть разреза в пределах Западно-Черноморской впадины характеризуется субгоризонтальным залеганием слоев. На разрезе выделяются хорошо выраженная осадочная толща, слой И, слой III и граница Мохо (верхняя мантия).
Глубина подошвы слоя осадков на южном участке разреза составляет 7-10 км, уменьшаясь от 10 км на юге до 7 км в северном направлении до пикета 155 км. Далее подошва слоя начинает погружаться в северном направлении, достигая глубины 10 км. Скорость вблизи кровли следующего слоя II варьирует от 4 до 5 км/с. Мощность слоя 6 - 9 км. Кровля слоя III проведена по границе раздела первого рода со скоростью около 7 км/с. Мощность слоя не значительна и составляет не более 4 км.
В районе пикета 150 км выделяется сложно построенная структура, верхняя часть разреза которой имеет форму поднятия или вала. Кровля слоя III на этом участке разбита разломами и не прослеживается. Разломы имеют южное падение под углами около 25 градусов. Возможно, эта структура является глубинным отображением поднятия Полшкова, который находится к западу от профиля (рис. 7). Известно, что при приближении к зоне субдукции погружающаяся плита испытывает напряжение и образует изгиб - краевой вал (Хаин В.Е., Ломизе М.Г., 1995). Такие структуры известны во многих регионах планеты. Примером такой структуры является вал Зенкевича, который образуется при субдукции Тихоокеанской плиты вблизи Курило-Камачатского желоба.
Вблизи зоны сочленения коры Черного моря с корой Скифской плиты (пикеты 160 - 290 км) все три слоя (I, II, III) плавно погружаются (субдуцируют) в северном направлении и, начиная с пикета 200 км, деформируются и разбиваются на отдельные блоки (слои II и III) системой разломов как северного, так и южного падения под углами около 30-45 градусов. Осадки в этой зоне также деформированы и погружены на глубину до 14 км. Граница Мохо прослеживается на глубине 20 км в южной части разреза и погружается на север до 30 км в переходной зоне к континенту. На протяжении всей морской части разреза граница Мохо -инверсионная граница со скоростью 8 км/с вблизи нее. В верхней мантии на пикете 150 км выделена аномальная зона пониженной скорости. Скорость сейсмических волн составляет здесь около 7.5 км/с. Выше границы Мохо слои II и III осложнены разломами, скорость имеет низкие значения, не типичные для этих слоев, нарушена протяженность границ. Эта зона имеет черты, свойственные мантийным диапирам и представляет собой область разогрева и преобразования вещества в мантии и, частично, в вышележащих слоях III и II.
По характеру поведения слоев субокеанической коры и изолиний скорости в пределах верхней мантии (границы Мохо) область сочленения коры Черного моря и коры Скифской плиты рассматривается как зона субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции (Лобковский Л.И. и др., 2004)).
Северная часть разреза, представленная континентальной корой, контрастно отличается от южной части с субокеаническим типом коры. Два типа коры на разрезе разделены белой пунктирной линией. Структура разреза в северной части сильно отличается от южной части, описанной выше. Здесь выделены слой осадков I, верхняя и нижняя кора, граница Мохо.
Осадочный слой континентальной коры Скифской плиты маломощный по сравнению с мощностью осадков в Черном море и составляет менее 4 км. Верхняя кора (скорость вблизи кровли 5 км/с) и нижняя кора (скорость вблизи кровли 7.2 -7.7 км/с) отличаются значительной неоднородностью. Здесь на глубинах от 6 до 16 км выделяется комплекс блоков (интрузий?) повышенной скорости (до 8 км/с в нижней коре), выраженные в магнитном поле (рис. 54, параграф 7.3). Главным признаком для выделения слоя осадков, верхней и нижней коры на разрезе по профилю 25 явилось наличие четкой дифференциации разреза по наклону изолиний и градиенту скорости, который, как видно на разрезе, для каждого слоя имеет разные значения. В верхней мантии на пикетах 300 - 370 в северной части профиля на глубинах около 20 - 30 км выделена зона с аномально низкой скоростью (ниже 7 км/с), связанная, вероятно, с разогревом и плавлением вещества мантии (слэба?).
Сопоставление кривых изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей
Одним из критериев оценки достоверности полученных сейсмических разрезов является степень совпадения изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей (увязка профилей). Все сейсмические разрезы были получены независимо друг от друга. Соответственно, совпадение кривых изменения скорости с глубинной в точках пересечения профилей должно свидетельствовать о том, что разрезы вычислены правильно и несут достоверную информацию о скоростном поле и границах раздела. Зависимости скорости от глубины в 6 точках пересечения профилей представлены на рис. 53. На всех графиках кривые изменения скорости с глубиной в целом удовлетворительно совпадают. Среднее отклонение скоростных кривых в точках пересечения профилей 25 и 26, 25 и 27, 5 и 6-7, 20 и 11, 29 и 19-10 составило соответсвенно 0.15, 0.1, 0.1, 0.13, 0.57, 0.3 км/с. Таким образом, невязка в точках пересечения шести профилей ГСЗ составляет в среднем 0.2 км/с.
Для подтверждения скоростных разрезов, полученных методом однородных функций, и выяснения вещественного (плотностного) состава земной коры впадины Черного моря было проведено плотностное моделирование вдоль трех профилей ГСЗ, обладающих детальной системой наблюдения. Профили располагаются в западной (профиль 25), центральной (профиль 17) и восточной (профиль 28 - 29) частях акватории (плотностное моделирование на основе сейсмических разрезов вдоль профилей ГСЗ проводил И.В. Лыгин).
В основе методики лежит подбор вертикального разреза, представляющий собой систему горизонтально залегающих комплексов. Избыточная плотность комплексов определяется относительно одного из ближайших эталонных разрезов коры, а аномальный гравитационный эффект рассчитывается по формуле плоскопараллельного слоя. Таким образом, задача сводится к единственному линейному уравнению, удовлетворяющему априорным данным и среднему значению аномалии силы тяжести в блоке (Лыгин И.В., 2005).
При подборе плотностной модели рассчитываемое гравитационное поле сравнивается с наблюденным полем. Наилучшее совпадение рассчитанного и наблюденного поля достигается коррекцией скоростного и/или плотностного разреза. В качестве дополнительной информации, ограничивающей неоднозначность подбора плотностной модели по профилям ГСЗ (рис. 54-56), привлекались рельеф дна, положение акустического фундамента (по Тектоника мезокайнозойских..., 1985), магнитное поле и рассчитанные верхние кромки магнитовозмущающих тел. Цифрами на сейсмо-плотностных разрезах обозначены плотности гравитирующих комплексов. Изолиниями показано распределение скоростей. Плотностное моделирование на основе полученных автором сейсмических разрезов (на примере трех вышеупомянутых профилей) иллюстрирует весьма хорошее совпадение наблюденного и рассчитанного гравитационного поля.
Точность подбора плотностной модели (среднеквадратическое отклонение рассчитанного гравитационного поля плотностной модели от наблюденного поля) составила для профилей ГСЗ 25, 17, 28-29 соответственно 3.3, 3.3, 4.3 мГал и является удовлетворительной при плотностном моделировании на основе региональных разрезов ГСЗ. Таким образом, полученные сейсмические разрезы в дальнейшем могут быть использованы для совместного сейсмо-плотностного моделирования, что позволит перейти от сейсмогеологической модели к
При сопоставлении разрезов, полученных ранее методом полей времен, и новых разрезов, полученных при использовании метода однородных функций, отмечается, что новые и прежние разрезы для внутренних районов глубоководной впадины Черного моря (например, профили 21 и 5) не содержат значительных противоречий. Эти районы имеют относительно простое строение среды: субгоризонтальное положение границ раздела без значительных изменений геологической среды по латерали. Таким образом, для таких районов Черного моря новые разрезы значительно дополняют, но в целом не противоречат результатам интерпретации прошлых лет.
В силу ряда причин:
1. упрощенная горизонтально-слоистая модель среды при интерпретации в прошлом;
2. невозможность выявления на разрезах зон, где наблюдается инверсия скоростей сейсмических волн;
3. появление и развитие плюм- и плейт-тектоники естественным оказывается различие разрезов, пересекающие сложнопостроенные тектонические структуры и переходную зону от моря к суше (профили 25, 17, 28-29 и др.). Для таких районов на новых разрезах, полученных при использовании метода однородных функций, обнаруживаются принципиально новые данные о строении Черноморского региона в целом, которые отсутствуют на разрезах с интерпретацией прошлых лет. При сопоставлении разреза по профилю 25 (рис. 57), полученного ранее, с новым разрезом (рис. 25, параграф 3.1) видно, что мощность субокеанической коры Западно-Черноморской впадины в среднем совпадает на обоих разрезах, а мощность континентальной коры значительно отличается и составляет, соответственно, 30 - 40 км на старом разрезе и примерно 26 км на новом. Кроме того, на новом разрезе выделяется зона субдукции субокеанической коры Западно-Черноморской впадины под кору Скифской плиты, более детально получено разломно-блоковое строение континентальной коры, отмечаются зоны инверсии скоростей сейсмических волн.
